Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout Attività sperimentale 2010...

Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout

Attività sperimentale 2010Attività sperimentale 2010ElettronicaElettronica

Stage elettronica 2010

Angelini Manuel, Bertolami Matteo, Chiarolla Massimo, Cioli Edoardo, Cosmin Damian Paul, Di Rocco Leonardo, Duca Eugeniu, Florese Leonardo, Fortini Alessio, Girardi Andrea, Introna Alessio, Ippoliti Marco, Daniele Mancori, Lorenzo Marinelli, Palma Giorgio, Tata Francesco, Tulli Matteo.

Studenti partecipanti:Studenti partecipanti:


I n d i c e :I n d i c e :

I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici

Essi rendono semplici le verifiche funzionali di un progetto

Il simulatore SPICE “Simulation program With Integrated circuit Emphasis” è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali


Caratteristiche generali del Caratteristiche generali del simulatore:simulatore:

Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico;

È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici;

Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS);

Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo;


DC operating point:DC operating point:


DC operating pointDC operating point

Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituito da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente)

La sorgente genera un segnale sinusoidale la cui frequenza varia in un range definito dal progettista.


AC analysisAC analysis

C 11 u

C 21 u

C 31 u

C 41 u

L 11 0 m H

1

2

L 21 0 m H

1

2

L 31 0 m H

1

2

L 41 0 m H

1

2

R 12 0 0 R

R 21 0 0 R

R 35 0 R

R 42 5 R

V 11 V a c0 V d c

V 8

V in

V 7 V 6 V 5

V 4V 3V 2V 1

0



Frequency

100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHzV(V1) V(V2) V(V3) V(V4)

0V

1.0V

2.0V

3.0V

4.0V

5.0V

In questo grafico In questo grafico si può notare si può notare come all’ come all’ aumentare della aumentare della resistenza di resistenza di damping la damping la tensione ai capi tensione ai capi del condensatore del condensatore diminuisce, senza diminuisce, senza avere effetti sulla avere effetti sulla frequenza di frequenza di risonanza del risonanza del circuito. circuito. Stage elettronica

2010


C 41 u

L 41 0 m H

1

2

R 42 5 R

V 11 V a c0 V d c

V in

V 5

V 4

0



Frequency

0Hz 1.0KHz 2.0KHz 3.0KHz 4.0KHz 5.0KHz 6.0KHzM(V(V4))/ M(I(C4)) M(V(V5)-V(V4))/ M(I(L4))

0

0.4K

0.8K

1.2K

1.6K

La La reattanza reattanza capacitiva è capacitiva è XC=1/XC=1/ωωC, C, quindi ha quindi ha un un andamento andamento esponenzialesponenziale e (caratteristi(caratteristica verde).ca verde).

La La reattanza reattanza induttiva è induttiva è XL=XL=ωωL, L, quindi quindi presenterà presenterà un un andamento andamento lineare lineare (caratteristi(caratteristica rossa).ca rossa).



FFrisonanzarisonanza = = 1/21/2π√π√LCLC

Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo del circuito

Permette quindi di valutare il comportamento di un circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un circuito reale


Transient analysisTransient analysis

V 11 V a c0 V d c

R 1

{R v a l}

C 11 n

0

V o u t R C

C 2

1 n

R 21 k

V in

V o u t C R

V 2

TD = 1 n

TF = 1 nP W = 1 0 uP E R = 1

V 1 = 0

TR = 1 n

V 2 = 1



Questa opzione di analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito

Permette di valutare i cambiamenti delle variabili elettriche di un componente al variare della temperatura


Temperature sweepTemperature sweep

D1

D1N4148V1

0Vdc

out

0



(curve caratteristiche diodo)(curve caratteristiche diodo)

Variando la Variando la temperatura si temperatura si ottengono diverse ottengono diverse caratteristiche del caratteristiche del diodo, perché la diodo, perché la tensione sulla tensione sulla giunzione giunzione diminuisce di diminuisce di 2.2mV per grado 2.2mV per grado centigrado.centigrado.



(curve caratteristiche (curve caratteristiche diodo)diodo)

Questo tipo di analisi consente di simulare il circuito variando il valore delle sorgenti DC.

Permette di visualizzare la funzione di trasferimento in DC di un dispositivo attivo.


DC sweepDC sweep

D1

D1N4148V1

0Vdc

out

0

V_V1

0.4V 0.5V 0.6V 0.7V 0.8V 0.9V 1.0V 1.1V 1.2V 1.3V 1.4V 1.5VI(D1)

0A

50mA

100mA

150mA

200mA


DC sweepDC sweep

Questo tipo di analisi permette Questo tipo di analisi permette di variare le sorgenti di tensione di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri e corrente, modelli, parametri globali e temperature di un globali e temperature di un circuito elettronico.circuito elettronico.

I parametri del tipo di analisi I parametri del tipo di analisi si cambiano nel pannello di si cambiano nel pannello di controllo “Simulations profilecontrollo “Simulations profile” ”


Parameter sweepParameter sweep

V 11 V a c0 V d c

R 1

{R v a l}

C 11 n

0

V o u t R C

C 2

1 n

R 21 k

V in

V o u t C R

V 2

TD = 1 n

TF = 1 nP W = 1 0 uP E R = 1

V 1 = 0

TR = 1 n

V 2 = 1



Dal grafico si nota Dal grafico si nota che, variando la che, variando la resistenza R1 del resistenza R1 del circuito RC, tramite circuito RC, tramite la simulazione la simulazione parametrica, varia la parametrica, varia la costante di tempo costante di tempo ττ. . Essa è data dal Essa è data dal prodotto fra R e C, e prodotto fra R e C, e definisce il tempo definisce il tempo che impiega il che impiega il condensatore a condensatore a caricarsi al 63% della caricarsi al 63% della tensione finale. Il tensione finale. Il completo completo caricamento del caricamento del condensatore condensatore avviene avviene praticamente dopo praticamente dopo 55ττ. .




Progetto:Progetto:

Amplificatore audioAmplificatore audio

Buffer Buffer classe Bclasse B

PreamplificPreamplificatore alto atore alto guadagnoguadagno

RetroazionRetroazionee

Il guadagno in banda e’ uguale al rapporto delle resistenze di reazione R10/R6

La frequenza di taglio inferiore dipende dai condensatori C2,C4.

La frequenza di taglio superiore dipende dalla capacita` parassita, Cbc, del transistor Q7


Progetto:Progetto:Amplificatore audio (modulo)Amplificatore audio (modulo)

Progetto:Progetto:Amplificatore audio (fase)Amplificatore audio (fase)

La curva della fase mostra, in banda, uno sfasamento di 180˚ tra ingresso e uscita



La risposta al gradino di tensione evidenzia il guadagno dell’amplificatore, nonché lo sfasamento di 180°

Lo slew-rate del segnale in uscita e’ limitato dalla banda dell’amplificatore. Esso dipende dal polo dominante equivalente.

Progetto:Progetto:Amplificatore audioAmplificatore audio

La risposta al segnale sinusoidale evidenzia il guadagno dell’amplificatore, nonché lo sfasamento di 180° tra l’ingresso e l’uscita e la bassa distorsione introdotta

Progetto:Progetto:Amplificatore audioAmplificatore audio



Realizzazione del layoutRealizzazione del layout

All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;

Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilità allo svolgimento dei corsi;

Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage.


RiconoscimentiRiconoscimenti

Giovanni Giovanni CorradiCorradi

Riccardo Riccardo D’AngeloD’Angelo

Claudio PagliaClaudio PagliaStage elettronica 2010

TUTORITUTORI

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